圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)性能提升的競(jìng)爭(zhēng)，聯(lián)合技術(shù) 3D打印自冷孔結(jié)構(gòu)專(zhuān)利獲批

2017年12月25日，大型客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證機(jī)（CJ-1000AX）首臺(tái)整機(jī)在上海完成裝配，中國(guó)航發(fā)集團(tuán)商發(fā)公司采用“主制造商-供應(yīng)商”研制模式，聯(lián)合24家單位參與試制工作，先后突破了鈦合金寬弦高空心率風(fēng)扇葉片、鋁合金大型薄壁風(fēng)扇包容機(jī)匣、3D打印燃燒室燃油噴嘴等多項(xiàng)試制關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)也攻克了大直徑、長(zhǎng)軸類(lèi)單元體水平裝配技術(shù)難關(guān)，歷時(shí)18個(gè)月完成首臺(tái)整機(jī)試制、裝配。

這其中，3D打印又一次成為關(guān)鍵技術(shù)之一。3D打印在發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用，或許才只是小荷才露尖尖角。關(guān)于3D打印在航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)制造領(lǐng)域的應(yīng)用，我們可以很清晰的看到，不管是航天發(fā)動(dòng)機(jī)，還是航空發(fā)動(dòng)機(jī)，3D打印正發(fā)揮著提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能的關(guān)鍵作用。

3D打印可以將原本通過(guò)多個(gè)構(gòu)件組合的零件進(jìn)行一體化打印，這樣不僅實(shí)現(xiàn)了零件的整體化結(jié)構(gòu)，避免了原始多個(gè)零件組合時(shí)存在的連接結(jié)構(gòu)（法蘭、焊縫等），也可以幫助設(shè)計(jì)者突破束縛實(shí)現(xiàn)功能最優(yōu)化設(shè)計(jì)。一體化結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)除了帶來(lái)輕量化的優(yōu)勢(shì)，減少組裝的需求也為發(fā)動(dòng)機(jī)打開(kāi)提升效益的想象空間，并成為下一代發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)技術(shù)的搶灘高地。

就在2017年歲末，美國(guó)聯(lián)合技術(shù)(UTC)關(guān)于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的自冷卻孔結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)專(zhuān)利獲批。其中3D打印在一體化結(jié)構(gòu)的自冷孔結(jié)構(gòu)方面可以發(fā)揮關(guān)鍵作用。

美國(guó)聯(lián)合技術(shù)公司（UTC）航空系統(tǒng)部門(mén)是專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)、制造、集成、修復(fù)和翻修燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃油輸送零件的公司。噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)需要在高溫度下運(yùn)行，才能使燃料轉(zhuǎn)化的能量最大化。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，例如為現(xiàn)代商用和軍用飛機(jī)提供動(dòng)力的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括用于推進(jìn)飛機(jī)的風(fēng)扇部分，用于加壓來(lái)自風(fēng)扇部分的空氣供應(yīng)的壓縮機(jī)部分，用于燃燒碳?xì)淙剂系娜紵�器部分，加壓空氣的渦輪部分以從所得到的燃燒氣體中提取能量從而產(chǎn)生推力。

燃燒器部分通常包括壁組件，襯有隔熱板的外殼，隔熱板通常被稱為浮板壁板。多個(gè)孔（例如稀釋孔）圍繞壁組件間隔開(kāi)來(lái)，并稀釋從冷卻增壓室流入燃燒室的空氣，并通過(guò)降低和控制燃燒器出口處的燃燒氣體的溫度分布至保護(hù)渦輪機(jī)不見(jiàn)以免受到過(guò)熱的破壞。

這些孔口通常由在隔熱板和支撐殼體之間延伸的墊圈限定，在UTC關(guān)于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的自冷卻孔結(jié)構(gòu)的專(zhuān)利中，圖中的孔口結(jié)構(gòu)116（燃燒器稀釋孔）的設(shè)計(jì)可以相對(duì)較小，所以可以通過(guò)3D打印（增材制造技術(shù)）來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的制造。 通過(guò)增材制造，結(jié)構(gòu)116可以做為一個(gè)整體部分被制造出來(lái)。 單個(gè)特征的厚度或直徑可以小到約0.010英寸，并且各種孔的直徑一般可以小到0.012英寸。 隨著增材制造工藝的持續(xù)改進(jìn)，最小尺寸有望達(dá)到進(jìn)一步的縮小。

關(guān)于3D打印在發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用，國(guó)外在專(zhuān)利布局上可以說(shuō)是一步一個(gè)腳印，2017年1月17日GE獲得批準(zhǔn)的專(zhuān)利中，公開(kāi)了用于制造渦輪機(jī)部件上的應(yīng)變傳感器的方法。緊接著GE于1月24日又獲批專(zhuān)利，內(nèi)容包括燃料噴射器主體和冷卻系統(tǒng)的制造技術(shù)。而關(guān)于國(guó)際上的3D打印發(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)利布局。

圖片：UTC US 9851105B2專(zhuān)利中的自冷孔結(jié)構(gòu)

正是這些積極的探索，推動(dòng)了3D打印在航空航天領(lǐng)域的深化，并催生了令人贊嘆的應(yīng)用技術(shù)。

來(lái)源：3D科學(xué)谷
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